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田中隆三の電気機関車百話――Ⅲ ブレーキ
<第41話> 電気機関車用空気ブレーキの特長①
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――蒸気機関車との相違――
電気機関車用空気ブレーキ装置は、蒸気機関車と同様起源はアメリカのウェスチングハウス社の方式を採用しているので、基本的な点については殆ど変りがないといってもよいが、
部品の動力源が相違すること、
特殊の形式を除いて2運転室があること、
構造上機器配置が根本的に異なること
などから、細部にわたってはかなりの違いがある。
ここに運転室が一端にだけある若い番号のＥＤ42形（ＥＬ14Ｂ）を除いた一般電気機関車用空気ブレーキが蒸気機関車用と比べて共通して相違する点だけをあげてみよう。
ア 分配弁の位置・構造が異なる。
運転室が両端にあって、それぞれ同一の制動効果を得るために分配弁は車体のほぼ中心位置においてある。
そのため分配弁弛め管・作用筒管の長さは当然長くなるため、分配弁の感度を減殺されないように、ブレーキ管減圧によるブレーキ管空気の一部を分配弁弛め管に入れてブレーキ管減圧を早くしている。
そして、制動後自動ブレーキ弁ハンドルを保ち位置に移しても弛め管への膨脹による作用筒圧力の降下を防ぐために、分配弁に「補給穴」の設けがある。
イ エンドによって単独ブレーキの作用感度が違う。
上記のような構造になっているが、分配弁は設計上正しく中心位置に置くことができない（2エンドの方が分配弁弛め管は約4.5～5m長い）ので、1エンドと2エンドでは約3～5秒程度の差がある。
(注)分配弁弛め管の長さ2エンドの方がＥＦ58は約5m、ＥＦ15は約4.5m長い。
ウ ブレーキ弁の構造が異なる。
単独ブレーキ弁と自動ブレーキ弁とは前者の回弁座と後者の上箱とが一体となっていて、自動弁で機関車および列車の制動のかけ・弛めができる。
また、ブレーキ弁自体は両エンドにあるので使用側のブレーキ弁のみを生かすために切換装置として別に「締切コック」「切換コック」「切換弁」などが設けてある。
エ 空気圧縮機が2台ある。
空気圧縮機は蒸気機関車の“命取り”として重視される部品の一つであることは、設計上1台しかおけないことに因るところ大きい。
そこで電気機関車では例外なく2台を備え、30分定格にもかかわらず故障少なく信頼度をあげる一要素となっている。
<第42話> 電気機関車用空気ブレーキの特長② top
――電気機関車空気ブレーキ装置の種類――
電気機関車空気ブレーキ装置の種類には特種のものを除いて、
機関車の運転室により
①単運転室用 ②複運転室用の2種類があり、
構造・性能により
①一般用（脚台なし）②脚台付 ⑧回生ブレーキ用 ④蒸気機関車と共通部品使用のもの ⑤車体用
の5方式がある。
これらの特長を概述すると
ア 運転室による分類
① ＥＬ14Ａ…単車用…一般
重連用…ＥＤ16、ＥＦ1026号以降
② ＥＬ14Ｂ… …ＥＤ42 （1～4）
イ 構造・性能による分類
① ＥＬ14Ａ… …一般（含ＥＤ425～28）
② ＥＬ14ＡＳ…制動弁脚台付…ＥＦ 10、12、13、15、18、56、57、58
③ ＥＬ14ＡＳ回生ブレーキ付･‥ＥＦ11（1～3）
ＥＬ14ＡＳＲ…･同（脚台付）…ＥＦ11（4）
④ ＥＬ6Ａ…蒸気機共通部品付…ＥＦ15（一部）16、58（一部）
⑤ ＥＬ14ＡＡＳ…2車体用…ＥＨ10
かくの如く一見種類は多いように見えるが、今後の新車はＥＬＩ4ＡＳとＡＡＳとの二つに統一されるものとみてよい。
(注) 特種のものとは
ＥＢ10形の「入換機関車用」、ＥＤ26・28・29・32形の「ＡＭＭ」、ＥＤ27形の「ＡＭＦ」ＥＤ31形の「ＡＭＪ」
を指すが、これらは漸次淘汰されるから省略する。
また単運転室用としてあげたＥＬ14Ｂ形はＥＤ40形と42形の初期のものに採用されただけで、現在では殆どＥＬ14Ａ となっていることをお断りしておく。
<第43話> 電気機関車用空気プレーキの特徴③ top
――自動ブレーキ弁取扱上の注意――
自動ブレーキ弁ハンドルの位置は
弛め・運転・保ち・重り・常用制動・ 非常制動
の6位置があることは既にご承知の通り。
ところで、このハンドル扱いについては蒸気機関車と根本的に異なる点はないが、その要領を摘記してみよう。
ア ブレーキ管の弛め
弛め位置では元空気溜の高圧空気がブレーキ管ヘ直接に入ることを常に念頭から離さないようにし、従って込め過ぎとならぬように、この位置を使用するのはブレーキ管が約4.5キロの圧力までとし、その後は必ず運転位置に戻さなければならない。
特に注意を要するのは運転中の取扱いで、正しい運転位置の“手応え”を充分身につけておかないと「込め過ぎ」の不祥事が起る。
イ 常用ブレーキ
常用制動位置では釣合空気溜が所要圧力に減圧されたことを確認して重り位置に移す。
もとより、列車の長短に無関係にこの空気溜の一定量の減圧で、自動的にそれと等しいブレーキ管の減圧が行われることはご承知の通りであるが、ブレーキ管排気を運転室内へ行わない最近の機関車では減圧の適正を欠く懸念も起ることに留意せねばならぬ。
ウ ブレーキ弛めと込め
これは同時に行われるものて ①保ち位置 ②弛め位置 ③運転位置の3位置とも目的を達するが、始めに弛め位置、あとに運転位置というのが正しい順序である。
ここでも弛め位置の時間が問題となる。
この時間は元空気溜の圧力、列車の連結両数、減圧量によって相違するが、減圧および連結両数の少ない（大体10両以内）ときは弛め位置を使わないがよく、また長い貨物列車などで長い下り勾配をブレーキをかけて運転したあとの又込め時間は、連結両数を「秒」に直した時聞かよいとされる。（例えば40両連結のときは40秒で）
エ 非常ブレーキ
自分でかけた場合は問題はないが、他の機関車または車掌弁によってかけられたときは、直ちに自己のハンドルを非常ブレーキ位置に移すことが必要である。
これは元空気溜管の空気を分配弁作用筒へ早く送って非常ブレーキ効果を補けるためてある。
<第44話> 電気機関車用空気ブレーキの特長④ top
――単独ブレーキ取扱上の注意――
単独ブレーキ弁ハンドルの位置は弛め・運転・重り・緩制動・急制動の5位置があることも周知の通り。
ア ブレーキをかける2方法
緩ブレーキと急ブレーキの2位置があっても、実際には急ブレーキを使う場合が多いので、気がつかずにいることは、第42話でも述べたように緩ブレーキの制動効果は分配弁位置が離れているために蒸気にくらべてやや劣る。
しかも、1エンドと2エンドで差があることは、蒸気のように前方がボイラでジャマされないのと相待って足元まで見え過ぎることに油断が起きるためか、特に単機で前部連結の場合に激突事故の前例が多いことに注意。
イ ブレーキを弛める2方法
自動弁による常用ブレーキ後と単独弁による単独ブレーキ後との2場合があるが、単独弁による後者は問題はないとして、前者は停車時に用いることは機関車の連結器を引張力のもとにおくことになり起動条件を悪くする。
長い下り勾配における常用プレーキ後の単独弛めは機関車タイヤの帯熱・弛緩を防ぐ上に効果があるが機関車に感受しない衝撃を無視してはならぬ。
ここで注意を要するのは、単独ブレーキ弁の弛めは回弁によって自動弁に関係なく作用筒管を大気に通じるものであり、分配弁釣合部に関係がないから、自動弁の作用によって釣合部がどんな位置にあっても機関車のブレーキは弛むことである。
<第45話> 電気機関車用空気ブレーキの特長⑤ top
――元空気溜の存在――
元空気溜は元より電気機関車独自の存在ではないがあり方について多少の特色を述べよう。
ア 圧縮空気の用途が広い、
元空気溜はいうまでもなく、全空気ブレーキ装置の各部に清浄な乾燥した空気を一時に多量供給するのが目的であるが、電気機関車ではこのほかパンタグラフ装置・単位スイッチなど電気機器・空気窓拭器・砂撒装置・笛装置などを操作する制御空気溜ヘ圧縮空気の供給を兼ねる。
イ 容量が大きい。
元空気溜1個の容積は形式によって多少異なるが、大体において190リットル（380xl,830mm）のもの4個つまり760リットルの容量か、260リットルのもの4個を備えるものが多い。
これは蒸気機関車が小さいものは190リットルのもの2個、大きいものでも430リットルのもの2個が大部分であるのに較べて概して大きい容量を持っているといえる。
なお、蒸気機関車用元空気溜は190リットル、 260リットル、340リットル、 430リットルのものいずれも2個である。 |
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<第46話> 空気ブレーキ装置へ空気を込めるときの速さ
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電気機関車の空気ブレーキ装置へ（実際には空気溜の圧力で測る）圧力空気を 0 から 8kg/平方cm まで込めるまでの時間は、もちろん形式によって異なるが、空気圧縮機2台で運転する場合ＥＦ形でおよそ2分50秒～3分である。
従って無圧の機関車を運転整備の状態にするには、最低3分の余裕が要ることが判る。
この時間は出庫検査の行われる場合は問題とならないが、突然仕業機関車が変更される場合などに注意を要する。
次に、空気圧縮機運転の時間すなわち、込め時間に対する空気圧力の上り方はどうであろうかというと、起動から30秒間ぐらいまで、0から約2.0kg/平方cmまではやや急速に上昇するが、以後は殆ど直線的に上昇する。
| 例えば、ＥＦ58形で電圧1,350Vのとき0→8.0kg/平方cmの時間に対する圧力上昇割合は右のような実績がある。但し、この圧力上昇割合は圧縮機2台運転のときの成績であるが、1台のときは理論上約2倍の時間を要するこというまでもない。 |
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<第47話> 空気ブレーキ装置の空気が漏れる速さ top
電気機関車の空気ブレーキ装置の空気漏れは、パンタグラフを上げているか、また折りたたんでいるかによって異なる。
これはパンタグラフには空気シリングをはじめ空気配管が少からずあるからで、もちろん上っている方が漏れは多い。
この速さは第46話と同様、元空気溜圧力で測定してみると、8kg/平方cm から 0（近似値）までに落ちる時間はパンタグラフが上っているときおよそ12時間前後と実測されている。
しかし、実際には 0 に落ちてしまうまでの時間よりも、8kg/平方cmに込めた空気が約 5kg/平方cmぐらいまで下る時間の方が重要である。
ＥＦ58形で実測したところによると、約2時間強となっている。
但し、この時間は空気を少しも消費しないで自然に漏れる空気量を測った場合のことである。
いま、ＥＦ58形で元空気溜圧力が 8→ 0kg/平方cm（近似値）までに下るに要した時間の実測値（一例）を示すと次の通りである。
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この数値をカーブに描いてみると判るが最初2時間すなわち8から5kg/平方cmぐらいまでの間は殆ど直線的に圧力は降下するが、それ以後は滑らかな傾斜をなして落ち、最後に熱狂となるのは14時間よりもさらに延びるものである。
言い換えば、圧力は高いときほど降下の速さは早く、低くなるほど遅くなるということである。
<第48話> 機関車を含む電気列車の空気プレーキ装置に空気を込めるに要する時間
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46話では機関車の空気ブレーキ装置だけに空気を込める速さを述べたが、ここでは列車全体の空気ブレーキ装置に込める時間を求めてみよう。
電気機関車の空気圧縮機1台の容量は1分間に1,375リットル（ＭＨ57――ＡＫ4形）であるから、空気ブレーキ装置の空気管・空気溜総容積をこの圧縮機容量で割ればよい。
例えば列車全体の込めるべき制動管総容積が客車10両として120,000立方cm（49話参照）とすれば、客車の補助空気溜は50リットルであるから50,000×10＝500,000立方cmとの合計620,000立方cmが総容積となる。
いま、これに 5kg/平方cm の空気圧力を込めるには、無圧空気に換算すると
620,000× (5＋Ｉ)＝3,720,000立方cm（Ｉはゲージ圧力）
空気圧縮機は通常2台を有するから、容積効率を80％とすると、圧縮機の実容量は、
1,375×2×0.8＝2,200リットル（2,200,000立方cm）
そこで、この全列車に 0 から 5kg/立方cm の空気を込めるに要する時間を求めると
3,720÷2,200＝1.7（分）
普通10両編成程度の列車が非常制動によって停車した場合、発車できるまでに制動管の込める時間はおよそl.5分前後であろう。
(注) 無圧空気とは、空気量を比較計算する場合の取扱方であって、単位面積当りの空気圧力を0気圧に換算した空気をいう。
<第49話> 電気列車全体の空気ブレーキ装置の空気の漏れる速さ
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機関車を含む列車の空気ブレーキ装置において空気の漏れる主な箇所はおよそ3ヵ所であって、最大漏洩量は次の通りである。
（1）機関車および制動管………………………1分間約 0.35kg/平方cm
（2）客車の補助空気溜および関係管…………1分間約 0.25kg/平方cm
（3）機関車の元空気溜および関係管………1分間約 0.20kg/平方cm
いま、ＥＦ58形で客車15両を引張る場合、1時間についてどれぐらい空気が漏れるだろうかを計算してみよう。
ＥＦ58形
制動管の長さ …………1インチ×38m
元空気溜の容積 …………760リットル
元空気溜管の長さ ……… 1インチ×28m
冷し管の長さ ……… 1インチ1/4×17m
ボギー客車
制動管の長さ …………1インチ×22m
動作弁および渦巻ちり取容積…0.51リットル
補助空気溜容積 …………50リットル
であるから
（1）制動管より漏れる空気量
機関車……π/4×25.4×25.4×38 ＝19,250立方cm
客 車……π/4×25.4×25.4×22 ＝10,800立方cm
全列車の制動管容積は
19,250＋10,800×15＋150x15＋150＝183,650立方cm
漏洩量（1分間）
183,650×0.35＝64,280立方cm/分（無圧空気）
よって1時間の漏洩量は
64,280×60＝3,856,800立方cm
（2）補助空気溜より漏れる空気量
補助全空気溜容積
50,000×15 ＝750,000立方cm
漏洩量（1分間）
750,000×0.25＝187,500立方cm
よって、1時間の漏洩量は
187,500×60 ＝11,250,000立方cm
(3)元気空気溜管より漏れる空気量
1インチ元空気溜管容積…π/4×25.4×25.4×28＝ 14,000立方cm
1インチ1/4 …π/4×25.4×25.4×17＝ 8,600立方cm
元空気溜容積 …………………… ＝760,000立方cm
合計 …………………… 782,600立方cm
漏洩量（1分間）
782,600×0.2＝156,520立方cm/分（無圧空気）
よって、1時間の漏洩量は
156,520×60 ＝9,391,200立方cm
従って総漏洩量は (1)+(2)+(3)で
3,856,800＋11,250,000＋9,391,200＝24,497,800立方cm
＝24,497リットル
すなわち、元空気溜容積は無圧空気に直すと760,000×（7＋Ｉ）＝6,080,000立方cm（平均圧力を 7kg/平方cm とする。Ｉはゲージ圧力）であるから、1時間につき24,497,800÷6,080,000≒4杯（約）だけ元空気溜を空（カラ）にするほど漏れることになる。
しかし、上記計算は各部漏洩が最悪の場合である。
<第50話> 電気列車が1回の停車において制動管と制動筒の空気消費量の相違
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1回の停車に制動管圧力を1.4kg/平方cm減圧するものすると、
1回停車に制動管で消費する空気量…制動管容積×l.4＝257,100立方cm
（無圧空気）（49話で）
1回停車に制動筒で消費する空気量
ＥＦ58形 制動筒の大きさ…直径×ビストン行程 254×100mm
ボギー客車 …直径×ビストン行程 305×130mm
とするとき、
機関車制動筒容積（4個）…π/4×2542xl00＝20,2500立方m
客車、制動筒容積（1個）…π/4×3052×130＝9,5000立方m
制動筒圧力は1,4kg/平方cmの減圧に対して3.5kg/平方cmになるから、客車15両に対して、これを無圧空気に換算すると、
(3.5＋1.0)×(20,250＋9,500×15)＝732,375立方cm（無圧空気)
よって、制動管空気消費量：制動筒空気消費量
＝257,110 : 732,375
＝ 1 : 2.88
制動筒の方が約3倍余計消費することになる。
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